JP6550977B2

JP6550977B2 - Ｌｅｄ点灯回路及びｌｅｄ照明装置

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Publication number: JP6550977B2
Application number: JP2015133547A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　信一; 信一鈴木; 将武山下; 良明山口
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2015-07-02
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2019-07-31
Anticipated expiration: 2035-07-02
Also published as: JP2017016919A

Description

本発明はＬＥＤ点灯回路及びそれを用いたＬＥＤ点灯装置に関する。

特許文献１はＬＥＤに対して定電流制御又は定電圧制御を行うＬＥＤ点灯装置を開示する。同文献のＬＥＤ点灯装置はＬＥＤ（２）及び点灯ユニット（５）を備える。点灯ユニットは、ＬＥＤの接続数が所定値未満の場合には電流検出抵抗（４０）に流れる出力電流が設定値で一定となるように定電流制御を行う。また、点灯ユニットは、ＬＥＤの接続数が所定値以上の場合には電圧検出抵抗（３０、３１）に発生する電圧が設定値以上とならないように定電圧制御を行う。これにより、直列接続されたＬＥＤの個数に応じて定電流制御又は定電圧制御が行われ、特に、複数のＬＥＤのうちの一部が短絡故障しても残りのＬＥＤが定電流制御される。

特許文献２はＬＥＤの短絡故障時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ（２）からＬＥＤ（４）に流れる電流を制限する点灯装置を開示する。点灯装置は、ＬＥＤの電圧を検出する電圧検出手段（Ｒ２、Ｒ３）と、ＬＥＤに直列接続されたスイッチング素子（ＳＷ１）と、スイッチング素子を制御する出力電圧判別部（３）とを備える。具体的には、検出電圧がＬＥＤの短絡判別用の所定値以下となった場合に出力電圧判定部によってスイッチング素子がオフ状態とされ、ＬＥＤ電流の経路が遮断される。また、スイッチング素子に並列接続された限流抵抗（Ｒｓ）により、一部のＬＥＤに短絡故障が生じてスイッチング素子が開放された場合であっても他の正常なＬＥＤに電流が流れ、減光点灯が行われる。

特開２００８−２８３２０６号公報特開２０１０−１２９６１２号公報

しかし、特許文献１の構成によると、接続されたＬＥＤ全体が短絡故障した場合の動作が検討されていない。また近年では、ＬＥＤの定電流制御用のドライバＩＣが普及しているが、上記のような負荷短絡に対する保護機能を有するドライバＩＣは存在しない。したがって、ＬＥＤ全体が短絡故障した場合にＬＥＤ正常時と同様の定電流制御を行うと、不要な出力電流が回路に流れ続けることになり、この不要な出力電流によって回路部品の発熱及びそれに伴う故障が発生し得るため、回路の信頼性確保の観点から好ましくない。

また、特許文献２の構成によると、ＬＥＤ電流を遮断するためのスイッチング素子がＬＥＤ電流の経路上に配置される。この構成においては、ＬＥＤの全部又は一部短絡時の過電流がスイッチング素子の開放動作により抑制されるものの、正常点灯時において導通状態が維持されるスイッチング素子での電力損失によって回路効率が低下してしまう。またさらに、スイッチング素子に限流抵抗が並列接続される構成においては、スイッチング素子開放時に限流抵抗による電力損失が発生してしまう。言い換えると、限流抵抗に定格電力の大きな抵抗を用いる必要があり、これにより回路が高コスト化及び大型化してしまう。

そこで、本発明は、ＬＥＤ点灯回路において、負荷短絡故障時に不要な回路電流を発生させずに適切な保護動作を行うことを可能とする構成を、高効率かつ簡素な回路構成で提供することを課題とする。

本発明のＬＥＤ点灯回路は、ＬＥＤに直流電流を供給する直流電源回路と、直流電源回路の少なくとも出力電圧を検出する検出回路と、所定電圧範囲の制御信号を生成する制御信号生成部、制御信号の電圧の低下に対して出力電流が低減されるように直流電源回路を駆動制御する駆動制御部、及び検出回路によって検出される出力電圧が所定値未満となる場合に制御信号を所定電圧範囲の下限値以下の最小電圧に切り換える保護切換部を有する制御回路とを備える。

上記ＬＥＤ点灯回路によると、制御信号電圧の低下に対して出力電流が低減される構成において、負荷短絡が発生して出力電圧が所定値未満となる場合に制御信号を所定電圧範囲の下限値以下の最小電圧に切り換えるように構成される。これにより、制御回路が直流電源回路の出力を停止又は最小化させることが可能となる。したがって、負荷短絡故障時に不要な回路電流を発生させずに適切な保護動作を行うことが可能となる。また、ＬＥＤ電流の経路に追加のスイッチング素子又は限流素子を必要としないため、通常点灯時及び保護動作時の回路効率が不要に損なわれることはなく、高効率かつ簡素な回路構成となる。

また、検出回路が直流電源回路の出力電流を検出するように構成され、制御信号生成部が、検出回路によって検出された出力電流と目標値との誤差を増幅することによって所定電圧範囲の制御信号を生成する誤差増幅回路を形成していることが好ましい。これにより、通常点灯時においては出力電流の定電流制御が行われるので、安定した出力電流制御が実行されるとともに出力電圧が安定し、負荷短絡発生の検出精度が向上する。

ここで、上記最小電圧が所定電圧範囲の下限値未満の電圧であることが好ましい。これにより、所定電圧範囲内の制御信号による通常動作の構成と、最小電圧の制御信号による保護動作の構成とを独立して設定することができ、制御回路の設計の自由度が増す。

またさらに、制御回路は、制御信号が最小電圧に切り換えられた状態において通電されて発光するように接続された発光素子を備えていてもよい。このように、保護動作時に発光素子が発光することにより、負荷短絡故障をユーザに報知することができる。

より詳細には、直流電源回路は、スイッチング素子を有する入力側の一次側回路及び一次側回路から絶縁されてＬＥＤが接続される二次側回路を有するフライバックコンバータからなり、駆動制御部が一次側回路と同じ基準電位に対して動作し、検出回路、制御信号生成部及び保護切換部が二次側回路と同じ基準電位に対して動作し、制御信号がフォトカプラを介して一次側回路から二次側回路に入力され、制御信号の電圧の低下に応じてフォトカプラのフォトダイオード電流及びフォトトランジスタ電流が増加するように構成され、駆動制御部がフォトトランジスタ電流の増加に応じてスイッチング素子のＰＷＭ駆動におけるオン幅を減少させ、又はＰＷＭ駆動を停止させるように構成されることが好ましい。このように、絶縁型のフライバックコンバータを用いた構成において、より簡素な構成のＬＥＤ点灯回路が実現される。

本発明のＬＥＤ照明装置は、筐体に収容された上記ＬＥＤ点灯回路と、ＬＥＤが実装され、ＬＥＤ点灯回路に配線接続されたＬＥＤユニットとを備える。これにより、負荷短絡故障後も、負荷を修理又は交換すればＬＥＤ照明装置の使用を継続することができ、保守コストが低減される。

本発明の第１の実施形態のＬＥＤ点灯回路及びＬＥＤ照明装置を示す図である。第１の実施形態の制御回路を説明する図である。本発明の第２の実施形態のＬＥＤ点灯回路及びＬＥＤ照明装置を示す図である。本発明の変形例による制御回路を示す図である。

＜第１の実施形態＞
図１に、本発明の第１の実施形態によるＬＥＤ点灯回路１００及びそれを用いたＬＥＤ照明装置１５０を示す。ＬＥＤ照明装置１５０はＬＥＤ点灯回路１００及びＬＥＤユニット７００からなる。ＬＥＤ点灯回路１００は交流電源ＡＣ（例えば、商用電源）からの交流入力を直流出力に変換し、配線Ｗ１及びＷ２を介して直流出力をＬＥＤユニット７００に供給する。ＬＥＤ点灯回路１００は不図示の筐体に内包される。

ＬＥＤ点灯回路１００は、入力端子Ｔ１及びＴ２と出力端子Ｔ３及びＴ４の間に、入力回路２００、直流電源回路３００、検出回路４００、補助電源回路５００及び制御回路６００を備える。出力端子Ｔ３及びＴ４にはそれぞれ配線Ｗ１及びＷ２が接続される。なお、本明細書における説明において、各回路素子が上記のどの回路に属するかは便宜的なものであり、本発明を拘束するものではない。

ＬＥＤユニット７００は、入力端子Ｔ５及びＴ６を有し、入力端子Ｔ５−Ｔ６間にはＬＥＤ７０が実装される。ＬＥＤ７０のアノード端は、入力端子Ｔ５及び配線Ｗ１を介してＬＥＤ点灯回路１００の出力端子Ｔ３に接続され、ＬＥＤ７０のカソード端は、入力端子Ｔ６及び配線Ｗ２を介して出力端子Ｔ４に接続される。ＬＥＤ７０はＬＥＤアレイを構成し、その素子数は任意である。

ここで、以降の説明において、「負荷」とは、ＬＥＤ点灯回路１００の出力端子Ｔ３及びＴ４よりもＬＥＤユニット７００側の構成要素を総称したものと定義する。すなわち、負荷は、ＬＥＤユニット７００、ＬＥＤ７０並びに配線Ｗ１及びＷ２の１以上を含むものとする。したがって、「負荷短絡」とは、ＬＥＤユニット７００内部でのＬＥＤ７０の全部又は一部の短絡、ＬＥＤユニット７００の端子Ｔ５−Ｔ６間又は配線Ｗ１−Ｗ２間の偶発的な短絡等を含むものとする。

整流回路２００は、電流ヒューズ１及び２、ダイオードブリッジ３、コンデンサ４、及び必要に応じてノイズフィルタを備える。入力回路２００には交流電源ＡＣからの交流電圧が入力され、ダイオードブリッジ３による全波整流出力が出力される。なお、直流電源からの直流電圧がＬＥＤ点灯回路１００に入力される場合には整流回路２００は不要である。

直流電源回路３００は、本実施形態では絶縁型フライバックコンバータからなり、力率改善機能を持つ所謂ワンコンバータ方式のフライバック回路を構成する。直流電源回路３００は、スイッチング素子５、トランス６、抵抗７、ダイオード８及び平滑コンデンサ９を備える。スイッチング素子５のオン期間にトランス６の一次巻線によって全波整流出力からのエネルギーが蓄積され、スイッチング素子５のオフ期間にそのエネルギーが二次巻線側からダイオード８を介して平滑コンデンサ９に充電される。トランス６における一次電圧から二次電圧への出力比は一次巻線に対する二次巻線の巻数比によって決まり、出力電流値はスイッチング素子５のオンデューティ（オン幅）によって決まる。スイッチング素子５は、後述する制御回路６００の制御ＩＣ２５によってＰＷＭ駆動される。抵抗７は電流検出用の抵抗であり、抵抗７に発生する電圧が制御ＩＣ２５に入力され、スイッチング素子５のＰＷＭ制御において参照される。

なお、以降の説明において、トランス６の一次巻線側（入力側）の回路を一次側回路といい、その基準電位（コンデンサ４の低電位側電極の電位）を一次側グランドＧ１というものとする。また、トランス６の二次巻線側（ＬＥＤユニット７００側）の回路を二次側回路といい、その基準電位（平滑コンデンサ９の低電位側電極の電位）を二次側グランドＧ２というものとする。また、以降の説明において、直流電源回路３００の出力電圧を単に「出力電圧」といい、直流電源回路３００の出力電流を単に「出力電流」という。

検出回路４００は、分圧抵抗１０、１１及び１２からなる電圧検出回路、並びに電流検出抵抗１３からなる電流検出回路を含む。電圧検出抵抗１０、１１及び１２は直流電源回路３００のコンデンサ９に並列接続された分圧抵抗回路からなる。出力電圧に比例した電圧が分圧抵抗１２に発生し、この電圧が電圧検出値として制御回路６００に入力される。電流検出抵抗１３は二次側グランドＧ２と端子Ｔ４の間に挿入された低抵抗素子からなる。出力電流に比例した電圧が電流検出抵抗１３に発生し、この電圧が電流検出値として制御回路６００に入力される。

補助電源回路５００は、トランス６の一次側補助巻線、ダイオード１４及びコンデンサ１５を有して一次側グランドＧ１を基準電位とする一次側回路、並びにトランス６の二次側補助巻線、ダイオード１６、コンデンサ１７及び定電圧回路１８を有して二次側グランドＧ２を基準電位とする二次側回路を備える。補助電源回路５００は、スイッチング素子５のスイッチング動作に基づいて制御回路６００の制御電源を生成する。一次側補助巻線に発生する電圧がダイオード１４及びコンデンサ１５によって整流及び平滑され、この平滑された電圧が制御回路６００の一次側回路に制御電源Ｖｓとして供給される。二次側補助巻線に発生する電圧はダイオード１６及びコンデンサ１７によって整流及び平滑される。コンデンサ１７の電圧は、定電圧回路１８によって定電圧化され、制御回路６００の二次側回路に制御電源Ｖｃｃとして供給される。定電圧回路１８は、三端子レギュレータ、シリーズレギュレータ等である。なお、制御電源Ｖｃｃは、トランス６の補助巻線から得られる電圧に加えて、又はそれに代えてはコンデンサ９の電圧をもとに供給されるようにしてもよい。

制御回路６００は、制御信号生成部６１０、駆動制御部６２０及び保護切換部６３０を含む。駆動制御部６２０は制御電源Ｖｓを受けて一次側グランドＧ１を基準電位として動作し、制御信号生成部６１０及び保護切換部６３０は制御電源Ｖｃｃを受けて二次側グランドＧ２を基準電位として動作する。

誤差増幅部６１０は、オペアンプ１９、抵抗２０及び２１、ダイオード２２、抵抗２３及び２４、並びにフォトカプラ２６の入力フォトダイオード２６ｄを含み、全体として誤差増幅回路を形成する。オペアンプ１９の負入力端子（−）には、検出回路４００からの電流検出値が入力され、オペアンプ１９の正入力端子（＋）には基準電圧が入力される。この基準電圧は、出力電流の目標値に対応し、制御電源Ｖｃｃの抵抗２０及び２１による分圧値によって決定される。オペアンプ１９の負入力端子と出力端子間には不図示の帰還素子（抵抗、コンデンサ、又はこれらの直列回路若しくは並列回路）が接続され、負入力端子電圧と正入力端子電圧の誤差が出力端子において出力される。オペアンプ１９の出力はダイオード２２を介してフォトダイオード２６ｄのカソードに接続され、フォトダイオード２６ｄのアノードは抵抗２３を介して制御電源Ｖｃｃに接続される。フォトカプラ２６では、フォトダイオード２６ｄに流れる電流に応じて出力フォトトランジスタ２６ｔの出力状態が決定され、フォトトランジスタ２６ｔの出力が入力信号として制御ＩＣ２５に入力される。通常点灯時においては、オペアンプ１９は、出力電流（電流検出値）が目標値（基準電圧）に一致するようにスイッチング素子５のＰＷＭ制御におけるオン幅を決定することになる。なお、ダイオード２２の代わりに抵抗が接続されていてもよい。

駆動制御部６２０は、制御ＩＣ２５及びその周辺回路（不図示）、フォトカプラ２６のフォトトランジスタ２６ｔ、及び起動抵抗２７を含む。制御ＩＣ２５は、一般的なＬＥＤドライバＩＣからなり、フォトトランジスタ２６ｔの出力状態に応じたパルス幅のＰＷＭ駆動信号を生成し、それをスイッチング素子５のゲート電圧として出力する。また、制御ＩＣ２５は、補助電源回路５００から制御電源が給電される前に起動抵抗２７を介して一次側回路の高電位側配線（ダイオードブリッジ３の共通カソード端）から給電され、動作を開始又は維持することができる。本実施形態では、制御ＩＣ２５及びその周辺回路は、フォトカプラ２６のフォトダイオード電流及びフォトトランジスタ電流の増加に対してＰＷＭ制御のオン幅が減少するように構成されるものとする。すなわち、制御信号の電圧の低下に応じて出力電流が低減される。なお、制御信号と制御ＩＣ２５への入力信号との論理は、制御ＩＣ２５の仕様に応じて適宜設定可能である。

例えば、図２に示すように、制御電源Ｖｓと一次側グランドＧ１の間に、抵抗２５ａ、フォトトランジスタ２６ｔ及び抵抗２５ｂが直列接続される構成が採用され得る。抵抗２５ａ及び２５ｂは、図１において不図示であった制御ＩＣ２５の周辺回路の一部である。図２に示す構成において、フォトトランジスタ２６ｔのコレクタ端子のレベルは、制御信号のレベルに対して実質的に単調増加し、フォトトランジスタ２６ｔのエミッタ端子のレベルは、制御信号のレベルに対して実質的に単調減少する。したがって、制御ＩＣ２５の仕様が、入力信号の低下に応じてＰＷＭオン幅を減少させるとともに下限閾値以下の入力信号に応じてゲート電圧の出力を停止させるものである場合には、フォトトランジスタ２６ｔのコレクタ端子の電圧が入力信号となる。一方、制御ＩＣ２５の仕様が、入力信号の上昇に応じてＰＷＭオン幅を減少させるとともに上限閾値以上の入力信号に応じてゲート電圧出力を停止させるものである場合には、フォトトランジスタ２６ｔのエミッタ端子の電圧が入力信号となる。なお、フォトトランジスタ２６ｔのコレクタ端子の電圧が制御ＩＣ２５の入力信号となる場合には、抵抗２５ｂを省略してフォトトランジスタ２６ｔのエミッタ端子を一次側グランドＧ１に直接接続してもよい。また、フォトトランジスタ２６ｔのエミッタ端子の電圧が制御ＩＣ２５の入力信号となる場合には、抵抗２５ａを省略してフォトトランジスタ２６ｔのコレクタ端子を制御電源Ｖｓに直接接続してもよい。

保護切換部６３０は、ツェナーダイオード２８、トランジスタ２９（例えばＭＯＳＦＥＴ）、抵抗３０及び３１並びにトランジスタ３２（例えばＭＯＳＦＥＴ）を含む。以下、トランジスタ２９及び３２を、必要に応じてそれぞれＦＥＴ２９及び３２という。ただし、トランジスタ２９及び３２は、バイポーラトランジスタ、抵抗内蔵型トランジスタ等であってもよい。ツェナーダイオード２８のカソードは検出回路４００の分圧抵抗１２の高電位端に接続され、アノードがＦＥＴ２９のゲート端子に接続される。ＦＥＴ２９のドレイン端子は抵抗３０と抵抗３１の接続点に接続され、ソース端子は二次側グランドＧ２に接続される。抵抗３０及び３１は制御電源Ｖｃｃの分圧回路であり、その分圧電圧がＦＥＴ３２のゲート端子に入力される。ＦＥＴ３２のドレイン端子はフォトダイオード２６ｄのカソードに接続され、ソース端子は二次側グランドＧ２に接続される。

ここで、ツェナーダイオード２８のツェナー電圧は、出力電圧が所定値以上の場合にツェナーダイオード２８及びＦＥＴ２９がオン状態となり、出力電圧が所定値未満の場合に少なくともＦＥＴ２９がオフ状態となるように、設定される。この所定値は、負荷短絡を検出するための閾値であり、出力電圧が所定値以上であれば通常（正常）点灯状態が検出され、出力電圧が所定値未満であれば負荷短絡状態が検出される。なお、上記所定値の分圧値がＦＥＴ２９のオン閾値に対応するように分圧抵抗１０〜１２の分圧比が設定される場合には、ツェナーダイオード２８は省略可能である。

出力電圧が所定値以上の場合には、ＦＥＴ２９がオン状態となり、ＦＥＴ３２のゲート−ソース電圧がゼロとなり、ＦＥＴ３２がオフ状態となる。ＦＥＴ３２がオフ状態となる場合には、制御信号生成部６１０によって決定されたフォトカプラ２６のフォトダイオード電流及びフォトトランジスタ電流に応じたオン幅でスイッチング素子５がＰＷＭ制御される。一方、出力電圧が所定値未満の場合には、ＦＥＴ２９がオフ状態となり、ＦＥＴ３２のゲート−ソース電圧が抵抗３０及び３１の分圧値となり、ＦＥＴ３２がオン状態となる。これにより、フォトダイオード２６ｄのカソード電位はゼロとなり、ダイオード２２はオフ状態となるとともに、フォトカプラ２６のフォトダイオード電流及びフォトトランジスタ電流が最大となる。なお、フォトダイオード電流及びフォトトランジスタ電流の最大値は抵抗２３の抵抗値によって決まる。

したがって、通常点灯状態においては、出力電圧が所定値以上であるからＦＥＴ２９がオン状態となり、ＦＥＴ３２がオフ状態となり、制御信号生成部６１０によって生成される電圧範囲Ｖ１〜Ｖ２の制御信号がフォトカプラ２６を介して制御ＩＣ２５に入力される。これにより、オペアンプ１９の動作によって、出力電流（すなわちＬＥＤ電流）の定電流制御が実行される。下限値Ｖ１は、ダイオード２２の電圧降下量に相当し、最大電圧Ｖ２は制御電源Ｖｃｃの電圧に相当する（なお、ダイオード２２が省略される場合には、下限値Ｖ１はゼロとなる）。

一方、負荷短絡状態においては、出力電圧が所定値未満であるからＦＥＴ２９がオフ状態となり、ＦＥＴ３２がオン状態となり、制御信号の電圧は最小電圧Ｖ０＝ゼロに切り換えられる。これにより、オペアンプ１９による定電流制御は実行されなくなるとともに、フォトカプラ２６のフォトダイオード電流及びフォトトランジスタ電流が最大となる。制御ＩＣ２５は、最大のフォトトランジスタ電流に対応する信号が入力されるとスイッチング素子５の駆動を停止して直流電源回路３００の出力を停止するように構成される。直流電源回路３００の出力停止後においては、制御電源Ｖｓは生成されなくなるが、制御ＩＣ２５は起動抵抗２７を介した給電によってゲート電圧の出力停止状態をラッチするものとする。

このように、制御回路６００において、通常点灯時には、制御信号生成部６１０及び駆動制御部６２０によって、出力電流が目標値で一定となるように出力電流がフィードバック制御され、すなわち、定電流制御が行われる。この定電流制御は、通常点灯時に安定した出力電流制御を与えるとともに出力電圧を安定させ、負荷短絡発生の検出精度向上にも貢献する。そして、負荷短絡時には、保護切換部６３０及び駆動制御部６２０によって、負荷短絡時に出力電流が停止され、保護動作が実行される。

また、制御信号生成部６１０によって生成される制御信号の電圧範囲の下限値Ｖ１と、保護切換部６３０によって切り換えられる制御信号の最小電圧Ｖ０について、Ｖ０＜Ｖ１となる。これにより、所定電圧範囲Ｖ１〜Ｖ２の制御信号による通常点灯動作の構成と、最小電圧Ｖ０の制御信号による保護動作の構成とを独立して設定することができ、制御回路６００の設計の自由度が増す。

以上のように、本実施形態のＬＥＤ点灯回路１００は、ＬＥＤ７０に直流電流を供給する直流電源回路３００、少なくとも出力電圧を検出する検出回路４００、及び直流電源回路３００を制御する制御回路６００を備え、制御回路６００は、所定電圧範囲Ｖ１〜Ｖ２の制御信号を生成する制御信号生成部６１０、制御信号電圧の低下に対して出力電流が低減されるように直流電源回路３００を駆動する駆動制御部６２０、及び検出回路４００によって検出される出力電圧が所定値未満となる場合に制御信号を所定電圧範囲Ｖ１〜Ｖ２の下限値Ｖ１以下の最小電圧Ｖ０に切り換える保護切換部６３０を有する。このように、制御信号の低下に対して出力電流が低減される構成において、負荷短絡が発生して出力電圧が所定値未満となる場合に制御信号が最小電圧Ｖ０に切り換えられるように構成される。したがって、負荷短絡故障時に直流電源回路３００の出力が停止され、不要な回路電流を発生させずに適切な保護動作を行うことが可能となる。また、保護動作が、直流電源回路３００の出力動作の制御によって実現されるので、出力電流及び出力電圧の経路に追加のスイッチング素子又は限流素子が不要となり、通常点灯時及び保護動作時の回路効率を損なうことなく、高効率かつ簡素な回路構成で保護動作が実現される。

また、ＬＥＤ照明装置１５０は、筐体に収容されたＬＥＤ点灯回路１００と、ＬＥＤ７０が実装され、ＬＥＤ点灯回路１００に配線接続されたＬＥＤユニット７００とを備える。これにより、負荷短絡故障後も、負荷の修理又は交換によってＬＥＤ照明装置１５０の使用を継続することができ、保守コストが低減される。

＜第２の実施形態＞
上記第１の実施形態では、負荷短絡故障時に直流電源回路３００の出力電流が停止される構成を示したが、本実施形態では、負荷短絡故障時に直流電源回路３００の出力電流が最小化されるとともに負荷短絡故障がユーザに報知される構成を示す。

図３に、本実施形態によるＬＥＤ点灯回路１００及びそれを用いたＬＥＤ照明装置１５０を示す。本実施形態と第１の実施形態とは、制御回路６００の保護切換部６３０の構成が異なり、他の構成は同様である。したがって、本実施形態において、第１の実施形態と同様の構成には同様の符号を付し、重複する説明を省略する。

制御回路６００の保護切換部６３０は、ツェナーダイオード２８、ＦＥＴ２９、抵抗３０及び３１、ＦＥＴ３２、並びにＬＥＤ４０を含む。ＬＥＤ４０は、報知用の発光素子であり、ＦＥＴ３２のゲート端子と二次側グランドＧ２の間において抵抗３１と直列接続される。ただし、ＬＥＤ４０は、ＦＥＴ２９のドレイン端子と二次側グランドＧ２の間に接続されていれば、他の箇所に接続されていてもよい。例えば、ＦＥＴ２９のドレイン端子と抵抗３０の接続点と、ＦＥＴ３２のゲート端子と抵抗３１の接続点との間に挿入接続されていてもよい。また、複数のＬＥＤ４０が、その順方向電圧がＦＥＴ３２のオン閾値を超えるようにしてＦＥＴ３２のゲート−ソース間に接続されていてもよい（この場合、抵抗３１は不要である）。いずれの場合であっても、ＬＥＤ４０は、ＦＥＴ２９がオフすることによって制御信号が最小電圧Ｖ０に切り換えられた状態において通電されて発光する。

通常点灯状態における動作は第１の実施形態と同様である。すなわち、ＦＥＴ２９がオン状態となり、ＦＥＴ３２がオフ状態となり、制御信号生成部６１０によって生成される電圧範囲Ｖ１〜Ｖ２の制御信号が駆動制御部６２０に入力される。これにより、オペアンプ１９の動作によって、出力電流（すなわちＬＥＤ電流）の定電流制御が実行される。通常点灯状態においては、ＦＥＴ２９がオン状態であるので、ＬＥＤ４０は通電されず、発光しない。

一方、負荷短絡状態においては、ＦＥＴ２９がオフ状態となり、ＦＥＴ３２がオン状態となり、制御信号の電圧は最小電圧Ｖ０＝ゼロに切り換えられる。ＦＥＴ２９がオフ状態となることにより、制御電源Ｖｃｃから抵抗３０及び３１を介してＬＥＤ４０が通電され、発光する。

また、この保護動作によってオペアンプ１９による定電流制御は実行されなくなり、フォトカプラ２６のフォトダイオード電流及びフォトトランジスタ電流は最大となる。本実施形態では、制御ＩＣ２５は、最大のフォトトランジスタ電流に対応する入力信号が入力されるとスイッチング素子５の駆動を最小化し、直流電源回路３００の出力を最小化させるように構成される。この最小出力状態は、スイッチング素子５の最小オン幅による駆動又は間欠駆動によって制御電源Ｖｓ及びＶｃｃが生成される最小限の動作状態である。したがって、保護動作状態において、制御回路６００の動作が継続され、ＬＥＤ４０の点灯が継続される。なお、ＬＥＤ７０の一部短絡状態において最小出力状態が実行される場合には、出力電圧が残存ＬＥＤ７０の順方向電圧以上の場合には残存ＬＥＤ７０が減光点灯され、出力電圧が残存ＬＥＤの順方向電圧未満の場合には残存ＬＥＤ７０は消灯される。

なお、ＬＥＤ４０の発光色はＬＥＤ７０の発光色と異なっていることが好ましい。これにより、ユーザは、ＬＥＤ４０の発光が通常点灯動作によるものではなく、保護動作に起因する報知動作であることを容易に認識することができる。また、ＬＥＤ４０の照射位置（配光）がＬＥＤ７０と異なるものであってもよい。これによっても、ユーザはＬＥＤ４０による報知動作をＬＥＤ７０による通常点灯動作と区別して認識することができる。

以上のように、本実施形態のＬＥＤ点灯回路１００の制御回路６００は、制御信号が最小電圧Ｖ０に切り換えられた状態において通電されるように接続されたＬＥＤ４０を更に備える。これにより、負荷短絡時に直流電源回路３００の出力が最小化されつつ報知用のＬＥＤ４０が発光する。このように、負荷短絡故障時に、必要以上の不要な回路電流を発生させずに適切な保護動作を行うことが可能となる。また、第１の実施形態と同様に、通常点灯時及び保護動作時の回路効率を損なうことなく、高効率かつ簡素な回路構成で保護動作が実現される。さらに、ＬＥＤ４０の発光により、ユーザは、負荷短絡故障が発生していることを認識することができ、保守の機会を図ることができる。

＜変形例＞
以上に本発明の好適な実施形態を示したが、本発明は、例えば以下に示すように種々の態様に変形可能である。

例えば、上記各実施形態では、制御信号生成部６１０がオペアンプ１９等を含む誤差増幅回路を形成して定電流制御が行われる構成を示したが、制御信号生成部６１０が定電流制御を行わない構成も可能である。図４に、本変形例の制御回路６００を示す。本変形例において、第１の実施形態と同様の構成には同様の符号を付し、重複する説明を省略する。制御信号生成部６１０は、抵抗２３及び２４並びにフォトダイオード２６ｄを含む。なお、本変形例では、出力電流のフィードバック制御は行われないので、検出回路４００の電流検出抵抗１３は不要となる。

出力電圧が所定値以上の場合（通常点灯時）には、ＦＥＴ２９がオン状態となり、ＦＥＴ３２がオフ状態となり、制御信号は実質的に制御電源Ｖｃｃの電圧となる。すなわち、制御信号の電圧下限値Ｖ１は制御電源Ｖｃｃの電圧となる。これにより、フォトカプラ２６においては、フォトダイオード電流及びフォトトランジスタ電流は発生せず、制御ＩＣ２５は、その周辺回路の抵抗値等で決まる所定のオン幅でスイッチング素子５をＰＷＭ駆動する。

出力電圧が所定値未満の場合（負荷短絡が検出された保護動作時）の動作は第１の実施形態と同様である。すなわち、ＦＥＴ２９がオフ状態となり、ＦＥＴ３２がオン状態となり、制御信号の電圧が最小電圧Ｖ０＝ゼロに切り換えられる。これにより、制御ＩＣ２５は、最大のフォトトランジスタ電流に応じてスイッチング素子５の駆動を停止させて直流電源回路３００の出力を停止させる。本変形例においても、直流電源回路３００の出力停止後においては、制御ＩＣ２５は起動抵抗２７からの給電によってゲート電圧の出力停止状態をラッチするものとする。

なお、本変形例は第２の実施形態にも同様に適用可能であり、この場合、ＬＥＤ４０と、ＦＥＴ２９、抵抗３０及び３１並びにＦＥＴ３２との接続関係は第２の実施形態のものと同様である。そして、制御信号の電圧が最小電圧Ｖ０＝ゼロに切り換えられると、制御ＩＣ２５は、最大のフォトトランジスタ電流に応じてスイッチング素子５の駆動を最小化させて直流電源回路３００の最小出力状態を維持する。これにより制御電源Ｖｃｃが確保され、報知用のＬＥＤ４０が発光する。

４０、７０ＬＥＤ
１００ＬＥＤ点灯回路
１５０ＬＥＤ照明装置
３００直流電源回路
４００検出回路
６００制御回路
６１０制御信号生成部
６２０駆動制御部
６３０保護切換部
７００ＬＥＤユニット

Claims

ＬＥＤ点灯回路であって、
ＬＥＤに直流の出力電流を供給する直流電源回路と、
前記直流電源回路の少なくとも出力電圧を検出する検出回路と、
所定電圧範囲の制御信号を生成する制御信号生成部、前記制御信号の電圧の低下に対して前記出力電流が低減されるように前記直流電源回路を駆動制御する駆動制御部、及び前記検出回路によって検出される出力電圧が所定値未満となる場合に前記制御信号を前記所定電圧範囲の下限値以下の最小電圧に切り換える保護切換部を有する制御回路と
を備え、
前記検出回路が前記直流電源回路の出力電流を更に検出するように構成され、
前記制御信号生成部が、前記検出回路によって検出された出力電流と目標値との誤差を増幅することによって前記所定電圧範囲の制御信号を生成して定電流制御を行う誤差増幅回路を形成し、
前記保護切換部が第１のトランジスタ及び第２のトランジスタを含み、前記検出回路によって検出される出力電圧が前記所定値未満である場合に前記第１のトランジスタがオフ状態となり、オフ状態の前記第１のトランジスタによって前記第２のトランジスタがオン状態となり、オン状態の前記第２のトランジスタによって前記誤差増幅回路の出力端子が基準電位に接続されて前記定電流制御が実行されなくなるように構成された、ＬＥＤ点灯回路。
請求項１に記載のＬＥＤ点灯回路において、前記最小電圧が前記所定電圧範囲の下限値未満の電圧である、ＬＥＤ点灯回路。
請求項１又は２に記載のＬＥＤ点灯回路において、前記制御回路がさらに、前記制御信号が前記最小電圧に切り換えられた状態において通電されて発光するように接続された発光素子を備える、ＬＥＤ点灯回路。
請求項１から３のいずれか一項に記載のＬＥＤ点灯回路において、
前記直流電源回路が、スイッチング素子を有する入力側の一次側回路及び該一次側回路から絶縁されて前記ＬＥＤが接続される二次側回路を有するフライバックコンバータからなり、
前記駆動制御部が前記一次側回路と同じ基準電位に対して動作し、前記検出回路、前記制御信号生成部及び前記保護切換部が前記二次側回路と同じ基準電位に対して動作し、前記制御信号がフォトカプラを介して前記二次側回路から前記一次側回路に入力され、前記制御信号の電圧の低下に応じて前記フォトカプラのフォトダイオード電流及びフォトトランジスタ電流が増加するように構成され、前記駆動制御部が前記フォトトランジスタ電流の増加に応じて前記スイッチング素子のＰＷＭ駆動におけるオン幅を減少させ、又は前記ＰＷＭ駆動を停止させるように構成された、ＬＥＤ点灯回路。
筐体に収容された請求項１から４のいずれか一項に記載のＬＥＤ点灯回路と、
前記ＬＥＤが実装され、前記ＬＥＤ点灯回路に対して着脱可能なＬＥＤユニットと
を備えたＬＥＤ照明装置。